Máy điện 1- chương 4- máy biến áp làm việc ở tải đối xứng

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

<b>Đại Học Đà Nẵng - Trường Đại học Bách Khoa </b>
<b>Khoa Điện - Nhóm Chun mơn Điện Cơng Nghiệp </b>

<b>Giáo trình </b> <b>MÁY ĐIỆN 1 </b>

<b>Biên soạn: Bùi Tấn Lợi </b>

Chæång 4

<b>M.B.A LAÌM VIỆC Ở TẢI ĐỐI XỨNG </b>

Trong điều kiện làm việc bình thường của lưới điện, ta có thể phân phối đều
phụ tải cho ba pha, lúc đó m.b.a làm việc với điện áp đối xứng và dòng điện trong
các pha cũng đối xứng. Ta xét sự cân bằng năng lượng và sự làm việc của mba
trong điều kiện điện áp sơ cấp U1 = const, và tần số f = const.

<b>4.1. GỈAN ĐỒ NĂNG LƯỢNG CỦA M.B.A</b>

Trong quá trình truyền tải năng lượng qua MBA, một phần công suất tác
dụng và phản kháng bị tiêu hao trong máy. Xét mba làm việc ở tải đối xứng, sự
cân bằng năng lượng dựa trên sơ đồ thay thế chính xác hình 4.1.

x’
2

r₁ r’

2

x₁

P₁±jQ₁ P_ât± jQ_ât P2± jQ2

p_cu1±jq₁pFe± jqm

p_cu2±jq₂

<b>Hình 4-2</b>Giản đồ năng lượng mba

1

U& rm

0

I
&
1

I

& '

I
&₂

−

x_m

'

2

U&

−

1

E&

− Z’t

<b>Hình 4-1</b>Sơ đồ thay thế máy biến áp

Gọi P1 là công suất tác dụng đưa vào dây quấn sơ cấp mba:

P1= m1U1I1cosϕ1 (4.1)

Một phần cơng suất này bù vào :

• Tổn hao đồng trên điện trở của dây quấn sơ: pcu1= m1r1I21
• Tổn hao sắt trong lõi thép mba : pFe = m1rmIo2

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

Công suất ở đầu ra P2 cuả mba sẽ nhỏ hơn công suất điện từ một lượng chính

bằng tổn hao đồng trên điện trở của dây quấn thứ : pcu2= m2r2I22 =m1r’2I’22:

P2 = Pât - pcu2 = m2U2I2cosϕ2 (4.3)

Cũng tương tự như vậy, ta có cơng suất phản kháng nhận vào dây quấn sơ cấp:
Q1= m1U1I1sinϕ1 (4.4)

Công suất này trừ đi công suất để tạo ra từ trường tản ở dây quấn sơ cấp q1=

m1x1I21 và từ trường trong lõi thép qm = m1xmIo2, phần cịn lại là cơng suất phản

kháng chuyển sang dây quấn thứ cấp:

Qât = Q1 - (q1 + qm ) = m2E2I2sinΨ2 (4.5)

Công suất phản kháng đưa đến phụ tải:

Q2 = Qât - q2 = m2U2I2sinϕ2 (4.6)

Trong đó q2= m2x2I22 để tạo ra từ trường tản ở dây quấn thứ.

Tải có tính chất điện cảm (ϕ2 > 0) thì Q2 > 0, lúc đó Q1 > 0 và công suất phản

kháng truyền từ dây quấn sơ cấp sang dây quấn thứ cấp.

Tải có tính chất điện dung (ϕ2 < 0) thì Q2 < 0, nếu Q1 < 0, công suất phản

kháng truyền từ dây quấn thứ sang dây quấn sơ hoặc Q1 > 0, tồn bộ cơng suất

phản kháng từ phía thứ cấp và sơ cấp đều dùng để từ hoá MBA.

Sự cân bằng công suất tác dụng và phản kháng trình bày trên hình 4.2

<b>4.2 ĐỘ THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP THỨ CẤP MBA</b>

Độ thay đổi điện áp thứ cấp mba ΔU là
hiệu số số học giữa trị số điện áp thứ cấp lúc
không tải U20 (điều kiện U1ì = U1đm) và lúc có tải

U2 .

A

0

I₂
U_2*

βU_rn*

βU_nx*
U_1dm=1 _P _H

K

₂

<b>Hỗnh 4-3</b>Xaùc õởnh U cuớa mba

_'

20
'

2
'

20
20

2
20

U
U
U

U
U
U

U= − = −

Δ

'₂_*

âm
1

'
2
âm

1
'

;
2
âm
1

U
1
U

U
1
U

U
U

U= − = − = −

Δ (4.7)

Xác định ΔU bằng phương pháp giải tích.
Gọi

'
âm
2

'
2
âm
2

2
I

I
I

I

=
=

β : hệ số tải của mba.
cosϕ2: hệ số công suất của mba.

Ta coï: _' _nr_*

âm
2

'
2
âm
1

'

âm
2
n
'

âm
1

'
2
n

U
I

I
U

I
r
U

I
r

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

*
nx
'

âm

2

'
2
âm
1

'
âm
2
n
âm
1

'
2
n

U
I

I
U

I
x
U

I
x

AB= = =β

Từ A hạ đường thẳng góc AP xuống 0U’2* và gọi AP = n và CP = m, ta có:

m
n
1

U'₂_* = − 2 −
m
2
n
1
U

2
'

*

2 ≈ − −

2
n
m
U

1
U

2
'

*
2

* = − = +

Δ (4.7)

Tính m và n, ta được :

m = CK+KB = β(Unr*cosϕ2+Unx*sinϕ2)

n = AH-HP = β(Unx*cosϕ2-Unr*sinϕ2)

Vậy ΔU*= β(Unr*cosϕ2+Unx*sinϕ2) + β2 (Unx*cosϕ2-Unr*sinϕ2)2/2

Số hạng sau rất nhỏ có thể bỏ qua nên:

ΔU*= β(Unr*cosϕ2 + Unx*sinϕ2) (4.8)

Tính ΔU_* theo %, ta viết lại biểu thức trên:

ΔU*% = β(unr%cosϕ2 + unx%sinϕ2) (4.9)

hoặc ΔU*% = βun%(cosϕn.cosϕ2 + sinϕn.sinϕ2) (4.10)

=1

U%

1 0

0

cos₂
u_nx%
u_nr%

-u_nx%

₂> 0

cos₂=0.8

cos₂=0.8

U%

0

2< 0

cos₂=1

(b)

<b>Hỗnh 4-4</b>

a.Quan hệ ΔU=f(β) ⎢cosϕ 2 = const

b. Quan hệ ΔU= f(cosϕ₂) ⎢β = const

(a)

Hình 4.4 cho biết các quan hệ ΔU = f(β) khi cosϕ2 = Cte và ΔU = f(cosϕ2)

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

<b>4.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP CỦA M.B.A. </b>

Ta thấy ΔU=f(β,cosϕ2) như vậy U2 phụ thuộc vào β và cosϕ2, để giữ cho U2 =

const khi tăng tải thì tỉ số biến áp k phải thay đổi, nghĩa là ta phải thay đổi số vịng
dây N.

Một cuộn dây có hai đầu ra, ở giữa hoặc cuối cuộn dây ta đưa ra một số đầu
dây ứng với các vòng dây khác nhau để thay đổi điện áp.

<b>4.3.1.</b><i><b> Thay đổi số vòng dây khi máy ngừng làm việc: </b></i>

Dùng cho các máy biến áp hạ áp khi điện áp thứ cấp thay đổi hoặc khi điều
chỉnh điện áp theo đồ thị phụ tải hàng năm.

Đối với mba cơng suất nhỏ : một pha có 3 đầu phân nhánh : ± 5%Uđm.

Đối với mba công suất lớn : một pha có 5 đầu phân nhánh: ±2x 2.5%Uđm

Việc thực hiện đổi nối khi máy ngừng làm việc, nên thiết bị đổi nối đơn giản,

rẻ tiền, đặt trong thùng dầu và tay quay đặt trên nắp thùng.

Các đầu phân áp đưa ra cuối cuộn dây thì việc cách điện chúng dễ dàng hơn
(hình 4.5a).

Các đầu phân áp đưa ra giữa cuộn dây thì lực điện từ đối xứng và từ trường
tản phân bố sẽ đều (hình 4.5b).

<b>Hình 4-5 </b>Các kiểu điều chỉnh điện áp của mba

(a) (b)

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

K K K

X1 X1

X2

X1

X2 X2

C2

C2 C2

C1 C1

C1

T1

T1

T1

T2 T2

T2

(b)

(a) (c)

<b>Hình 4-6 </b>Thiết bị đổi nối và quá trình điều chỉnh điện áp của mba điều chỉnh dưới tải

Việc đổi nối các đầu phân áp trong MBA điều chỉnh dưới tải phức tạp hơn và
phải có cuộn kháng K (hình 4.6) để hạn chế dịng điện ngắn mạch của bộ phận dây
quấn bị nối ngắn mạch khi thao tác đổi nối. Hình 4.6 cũng trình bày quá trình thao
tác đổi nối từ đầu nhánh X1 sang đầu nhánh X2, trong đó T1, T2 là các tiếp xúc

trược; C, C2 là công-tắc-tơ. Ở vị trí (a và c) dịng qua cuộn kháng K theo hai chiều

ngược nhau, nên từ thông trong lõi thép gần bằng không, điện kháng X của cuộn
kháng rất bé. Trong vị trí trung gian (b) dịng ngắn mạch chạy qua K cùng chiều
nên có từ thơng φ và X lớn, làm giảm dịng ngắn mạch In.

Công-tắc-tơ C1, C2 đặt riêng trong thùng dầu phụ gắn vào vách thùng dầu, vì

q trình đóng cắt công-tắc-tơ làm bẩn đầu.

Trên hình 4.7 trình bày sơ đồ nguyên lý của bộ điều áp dưới tải dùng điện trở
R. Điện trở R làm chức năng hạn chế dòng điện ngắn mạch. Còn hinh 4.8 cho ta
thấy việc bố trí bộ điều áp dưới tải trong thùng mba.

<b>Hình 4-7 </b>Nguyên lý điều áp dưới tải dùng điện trở R

R

A
X

<b>4.4. HIỆU SUẤT CỦA M.B.A</b>

Hiệu suất của mba là tỉ số giữa công suất đầu ra P2 và công suất đầu vào P1:

100
P
P
%

1
2

=

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

∑

=

=
ni
nI
nI
I
Z
Z
I
Z
I
.
Z
I
1
2
&
&

& (4.19a)

∑

=
=
ni
nII
nII
II
Z
Z
I

Z
I
.
Z
I
1
2
&
&

& ; (4.19b)

∑

=
=
ni
nIII
nIII
III
Z
Z
I
Z
I
.
Z
I
1
2
&

&

& (4.19c)

Thường thì ϕnI≈ϕnII≈ϕnII nên chuyển tính từ số phức sang tính mơđun:

Ta có :

đm
đm
n
n
I
U
u
z =
Từ dòng mba I, ta có :

∑

=
ni
âmi
âmI
nI
I
u
I
I
u

I

I₂ , (4.20)

nhân hai vế cho

âm
âm
âm
âm
âm
I
U
U
S
U

= , ta có hệ số tải của các máy :

∑

=
β
ni
đmi
nI
I
u
S
u
S

(4.21a)

∑

=
β
ni
đmi
nII
II
u
S
u
S
(4.21b)

∑

=
β
ni
đmi
nIII
III
u
S
u
S
(4.21c)

Như vậy, từ (4.21a,b và c) ta thấy hệ số tải của các MBA làm việc song song tỉ lệ
nghịch với điện áp ngắn mạch của chúng :

βI : βII : βIII =

nI
u
1
:
nII
u
1
:
nIII
u
1
(4.22)

Như vậy, các mba làm việc song song, có điện áp ngắn mạch un bằng nhau,

tải sẽ phân bố tỉ lệ với công suất của máy. Nếu un khác nhau MBA nào có un lớn, β

nhỏ cịn un nhỏ, β lớn. Khi máy có un nhỏ làm việc ở định mức thì MBA có un lớn

sẽ hụt tải, kết quả là không tận dụng hết công suất thiết kế của mỗi máy.

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

<b>VÊ DUÛ 4.2 </b>

Cho ba MBA có cùng tổ nối dây quấn và tỉ số biến đổi với các số liệu sau : SđmI =

180kVA, SâmII = 240kVA, SâmIII = 320kVA; unI% = 5,4, unII% = 6,0, unIII% = 6,6.

Hãy xác định tải của mỗi MBA khi tải chung của các MBA bằng tổng cơng suất
của chúng và tính xem tải tối đa của các MBA để không MBA nào bị quá tải ?

<b>Gii </b>

Tổng cơng suất của ba máy :

S = 180 + 240 + 320 = 740 kVA
Hệ số tải của các máy :

1,125

)
6
,
6
320
6
240
4
,
5
180
(
4
,
5
740
u
S

u
S
ni
âmi
nI
I =
+
+
=
=
β

∑

∑

1,01

)
6
,
6
320
6
240
4
,
5
180
(
6
740

u
S
u
S
ni
âmi
nII
II =
+
+
=
=
β

∑

∑

92
,
0
)
6
,
6
320
6
240
4
,
5
180
(

6
,
6
740
u
S
u
S
ni
âmi
nIII
III =
+
+
×
=
=
β

∑

∑

Cơng suất tải của các máy :

SI = βI.SâmI = 1,125 x 180 = 202,5 kVA

SII = βII.SâmII = 1,01 x 240 = 243 kVA

S_III = β_III.S_âmIII = 0,92 x 320 = 294,5 kVA

Ta thấy MBA I có un nhỏ nhất bị quá tải nhiều, trong khi đó MBA III có un lớn bị

hụt tải. Tải tổng tối đa để không MBA nào bị quá tải ứng βI = 1. Lúc đó ta có :

1
)
6
,
6
320
6
240
4
,
5
180
(
4
,
5
S
u
S
u
S
ni
âmi
nI
I =
+
+

×
=
=
β

∑

∑

⇒ S = 657,72 kVA

Rõ ràng là phần công suất đặt của các MBA không được lợi dụng sẽ bằng :
740 - 658 = 82 kVA.

</div>

<!--links-->